Amphibien gibt es seit 300 Millionen Jahren und sie haben unseren Planeten lange genug begleitet, um viele Klimaveränderungen zu durchlaufen. Während sich einige Aspekte ihrer Physiologie und ihres Verhaltens im Laufe der Jahre relativ wenig verändert haben, haben sich andere an die Umgebungen angepasst, die ihr Planet zu bieten hat. Eine dieser Anpassungen ist die Art und Weise, wie sie ihre Körpertemperatur regulieren. In diesem Blogbeitrag befassen wir uns mit der Thermoregulation von Amphibien – wie sie ihre Körpertemperatur regulieren und warum dies ein so faszinierendes Thema ist!
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Die Evolution der Thermoregulierung bei Amphibien
Wenn wir ein kaltblütiges Tier wie ein Reptil mit einem Säugetier vergleichen, wird Ihnen als erstes auffallen, dass die Körpertemperatur der Reptilien fest ist und sich nicht wie bei den Säugetieren ändert. Das liegt daran, dass Reptilien entweder keine oder nur sehr wenige und schlecht entwickelte Schweißdrüsen haben, die nur trockenen, eisähnlichen Schweiß absondern. Infolgedessen bleibt ihre Körpertemperatur relativ stabil und liegt normalerweise zwischen 15 und 30 Grad Celsius. Das hört sich für Sie vielleicht nicht nach einem großen Unterschied an, aber für ein Tier ist das eine enorme Temperaturspanne, die einige interessante Fragen darüber aufwirft, wie sie diese regulieren.
Reptilien gibt es schon seit langer Zeit, und auch heute noch nimmt ihre Zahl zu. Das liegt daran, dass die Menschen die Schönheit und Geselligkeit dieser Tiere entdecken und immer mehr von ihnen als Haustiere oder in Zoos halten. Es ist schon bemerkenswert, wie sehr sich ein Dinosaurier als Haustier an die Anwesenheit seines Halters anpassen kann. Allerdings darf man nicht vergessen, dass es sich um Lebewesen handelt, die sich mit Veränderungen entwickeln und mit dem Alter wachsen sollen. Das Gleiche gilt für Menschen und andere Primaten – unsere Körper hören nicht auf zu wachsen und sich zu verändern, selbst wenn wir das Erwachsenenalter erreicht haben!
Das soll nicht heißen, dass alle Reptilien gleich geschaffen sind, das sind sie ganz sicher nicht. Wir müssen ihr natürliches Umfeld und ihre aktuellen Lebensbedingungen sowie ihre Evolution berücksichtigen, wenn wir ihr Verhalten und ihre Physiologie betrachten. Alligatoren und Krokodile zum Beispiel sind Kaltblüter, aber sie haben eine sehr dicke, warme und cremige Fettschicht, die ihren Körper warm hält. Diese Fettschicht bewirkt auch, dass ihre Haut stumpf und fast schuppig erscheint, weshalb die Menschen früher glaubten, Alligatoren seien Kaltblüter! Wenn man das wüsste, könnte man verstehen, dass diese Tiere immer die ersten sind, die unter Temperaturschwankungen leiden. Denn egal, wie hoch die Temperatur ist, sie ist für alle gleich – es ist schwierig für sie, sie gut zu regulieren.
Wieder einmal ist der Vergleich zwischen einem Kaltblüter und einem Säugetier eine ziemliche Vereinfachung, aber er gibt uns eine Vorstellung davon, wie unterschiedliche Körpertemperaturen mit Hilfe verschiedener Mechanismen gesteuert werden können. Wenn zum Beispiel die Körpertemperatur eines Vogels aufgrund der Hitze in der Umgebung ansteigt, kann er sie regulieren, indem er sein Aktivitätsniveau und seine Belüftung erhöht. Säugetiere hingegen sind besser in der Lage, ihre Körpertemperatur durch häufige Körperbewegungen und die Verwendung von wärmespeichernden Stoffen wie Fell und Wolle zu halten. Die durchschnittliche Körpertemperatur eines Säugetiers liegt bei etwa 37-38 Grad Celsius, also genauso hoch wie die unsere!
Warum müssen Amphibien anders sein?
Amphibien sind eine sehr vielfältige Gruppe von Lebewesen mit über 5.000 verschiedenen Arten (Stand 2018). Sie haben die einzigartige Fähigkeit, ihre Körpertemperatur zu regulieren, was Wissenschaftler, Naturforscher und Erfinder gleichermaßen inspiriert hat. Einer der Gründe, warum dies ein so interessantes Phänomen ist, liegt darin, dass es so schwer zu verstehen ist, wie ein Tier einen so großen Temperaturbereich aufrechterhalten kann, ohne sich zu sehr auf einen einzigen Mechanismus zu verlassen. Das macht die Amphibien zu einem großartigen Beispiel für konvergente Evolution, was bedeutet, dass dieselbe Theorie oder derselbe Prozess zum selben Endergebnis führt, aber in einem anderen Organismus oder in diesem Fall in einer anderen Art!
Es ist weithin anerkannt, dass die früheste oder ursprünglichste Form der adaptiven Radiation der Übergang zur Luftatmung war. Es wäre logisch, dass die ersten Lebewesen, die die Luftatmung entwickelt haben, auch ihre Körpertemperatur recht gut regulieren mussten. Einige Wissenschaftler glauben sogar, dass die frühesten Amphibien diese Fähigkeit als Mechanismus zur Kontrolle ihrer Körpertemperatur entwickelt haben. Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie wichtig dies sein könnte, stellen Sie sich vor, Sie wären ein Fisch in einem Wasser, das nur wenige Grad über seiner tödlichen Temperatur liegt. Wenn Sie nicht gehen, rennen oder wegschwimmen können, ist Ihr Tag gezählt!
Obwohl die Luftatmung es ihnen ermöglichte, ihre Körpertemperatur zu regulieren, musste sie das nicht unbedingt tun. So ist zum Beispiel bekannt, dass Salamander regelmäßig große Mengen an Erde schlucken, was sowohl effektiv als auch effizient ist, um Giftstoffe und Wärme aus ihrem Körper zu filtern. Ohne diese Fähigkeit müssten sie sich entweder in kalten Umgebungen aufhalten oder wären anderen, vom Menschen verursachten Problemen wie Hitzestress und Dehydrierung ausgesetzt. Während die Luftatmung also zweifellos ihre Fähigkeit zur Regulierung ihrer Körpertemperatur verbessert hat, ist sie keine Notwendigkeit für ihr Überleben!
Wie regulieren Amphibien ihre Körpertemperatur?
Amphibien haben zwei getrennte, aber vollständig integrierte Arten der Temperaturregulierung: die verhaltensbedingte und die physiologische. Die erste bezieht sich auf ihr Aktivitätsniveau und die Art und Weise, wie sie mit ihrer Umgebung interagieren. Die zweite hat mit der Art und Weise zu tun, wie sie physiologisch funktionieren. Um zu verstehen, wie sie zusammenarbeiten, sollten wir uns jedes für sich ansehen. Beginnen wir mit dem Verhalten, also dem bewussten, kontrollierten Einsatz von Energie zur Aufrechterhaltung eines Lebenszustandes.
Es ist allgemein anerkannt, dass der erste Schritt im Prozess der Wärmeregulierung darin besteht, auf externe Temperaturänderungen zu achten. Dies geschieht in der Regel entweder über den Tastsinn oder das Gehör. Reptilien können Vibrationen in der Luft wahrnehmen und damit die Richtung bestimmen, aus der die Luft kommt, während Vögel die Geräusche kleiner Insekten von denen großer Insekten unterscheiden können. So können sie den Ort der Schallquelle genau bestimmen.
Nachdem sie die Quelle geortet haben, können sie entweder die Richtung oder die Höhe nutzen, um die relative Position des Luftstroms zu bestimmen. Anhand dieser Informationen können sie ihre Körpertemperatur durch Bewegung oder Ruhe, Aktivität oder Inaktivität regulieren. So variiert ihre Körpertemperatur mit den Veränderungen in ihrer Umgebung – sie kann steigen oder sinken, je nachdem, ob sie aktiv oder inaktiv sind und ob sie kühlen oder heißen Luftströmen ausgesetzt sind. Diese Fähigkeit hilft ihnen, ihre Innentemperatur stets konstant zu halten, auch wenn sich die Umgebung drastisch verändert. Dies ist zum Beispiel besonders vorteilhaft im Falle eines Umweltschocks, wie er durch einen plötzlichen Temperaturwechsel verursacht wird. Wenn die Außentemperatur einer Amphibie auch nur um ein paar Grad ansteigt, kann dies dazu führen, dass sie größere physiologische Veränderungen erfährt, einschließlich Gewichtsverlust oder -zunahme, was wiederum ihr Aussehen und ihre Funktionsweise verändert.
Welche Folgen hat es, außerhalb des optimalen Temperaturbereichs zu leben?
Im falschen Körpertemperaturbereich zu sein, kann extrem gefährlich für die Gesundheit sein. Tiere, die immer in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden, werden als thermisch stabil bezeichnet, denn der Aufenthalt innerhalb dieser Parameter trägt zu einem langen und gesunden Leben bei. Das ist der Grund, warum die meisten endothermen Tiere ein thermisches Gleichgewicht mit ihrer Umgebung suchen und beibehalten, selbst wenn sie inaktiv sind, denn sie brauchen die Wärme, damit ihr Körper richtig funktioniert.
Ein Beispiel dafür ist der Goldhamster, der durch sein Fell und seine leuchtenden Farben sehr gut sichtbar ist, wenn er auf engem Raum gehalten wird – seine Körpertemperatur lässt sich leicht regulieren und bleibt in einem recht engen Bereich. Dadurch wirken sie benommen und lustlos, wenn sie in kälteren Umgebungen untergebracht sind. Deshalb werden sie auch ‚der beste Freund des Eismanns‘ genannt, denn ihre Körperwärme hilft ihnen, am Leben zu bleiben, wenn sie extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind!
Warum ist die Homöothermie so faszinierend?
Homöothermie, die Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur, ist ein faszinierendes Thema, denn sie ist ein Paradebeispiel für konvergente Evolution – der gleiche Prozess, der zum gleichen Endergebnis führt, aber in einem anderen Organismus. Konvergente Evolution wird in der Biologie häufig verwendet, um die Ähnlichkeit von Funktionen innerhalb einer Gruppe von Arten zu beschreiben, die sich getrennt voneinander entwickelt haben, aber schließlich eine ähnliche Aufgabe erfüllen. Zum Beispiel bauen Biber Dämme, die sowohl zum Fischen als auch zur Wasserregulierung genutzt werden. Es wäre also sinnvoll, dass diese Säugetiere diese Fähigkeit entwickeln, da die Funktion ziemlich ähnlich ist.
Amphibien erforschen schon seit langem die Auswirkungen der Temperatur auf ihren Körper, aber erst in den letzten Jahrzehnten haben wir begonnen, das Geheimnis zu lüften, wie sie ihre Körpertemperatur so gut regulieren. Heute wissen wir, dass es eine Kombination aus physiologischen und verhaltensbedingten Veränderungen ist, die es ihnen ermöglicht, sich mühelos in einem so großen Temperaturbereich zu bewegen, und dass eine falsche Körpertemperatur ernste und sogar lebensbedrohliche Folgen haben kann. Aus diesem Grund ist das Verständnis ihrer thermischen Biologie von entscheidender Bedeutung für die richtige Pflege dieser wunderbaren Geschöpfe sowie für den Respekt vor ihrer einzigartigen Fähigkeit, sich selbst in den extremsten Umgebungen anzupassen und zu gedeihen!